Động cơ ion sẽ thống trị không gian bên ngoài?
Vào cuối năm 2011, NASA đã công bố kế hoạch tổ chức một cuộc thi nhằm phát triển các ý tưởng về hệ thống đẩy ion chạy bằng năng lượng mặt trời cho tàu vũ trụ. Một lát sau, cơ quan vũ trụ đã ký 600 hợp đồng với các công ty đảm nhận, với giá XNUMX USD, để cung cấp trong XNUMX tháng ý tưởng về một “máy kéo” sẽ được trang bị động cơ ion.
Các công ty này bao gồm Ball Aerospace & Technologies, Hiệp hội Cơ học Phân tích, Lockheed Martin, Boeing và Northrop Grumman. Sau khi trình bày ý tưởng của mình, các chuyên gia của NASA sẽ tiến hành phân tích các cách khả thi để khắc phục những khó khăn kỹ thuật có thể xảy ra và một loạt thử nghiệm để kiểm tra các giải pháp kỹ thuật chính.
Tên lửa thông thường chạy bằng động cơ hóa học, đã được sử dụng hơn nửa thế kỷ, có thể nâng hàng hóa ra khỏi Trái đất và phóng vào không gian. Tuy nhiên, điều này tốn một số tiền rất lớn, cản trở việc khám phá không gian. Ngược lại, động cơ ion, vốn đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ, hứa hẹn những triển vọng khác nhau. Chúng có lực đẩy tương đối thấp nên không thể dùng để phóng hàng hóa lên quỹ đạo. Tuy nhiên, chúng có khả năng tăng tốc sản phẩm cháy mà chúng thải ra với tốc độ cực lớn, cao gấp hàng chục lần so với những gì máy đẩy hóa học có thể đạt được. Vì vậy, để tạo đà, họ cần phóng ra ít vật chất hơn nhiều. Vì vậy, trong điều kiện không gian mở, chúng tiết kiệm hơn tên lửa thông thường.
NASA có kế hoạch sử dụng các tàu sân bay thông thường để phóng hàng hóa vào quỹ đạo Trái đất thấp, nơi việc vận chuyển tiếp theo sẽ được thực hiện bằng một tàu kéo được trang bị động cơ ion, phóng chúng lên quỹ đạo cao - địa tĩnh hoặc điểm Lagrange đầu tiên. Trong tương lai, các thiết bị loại này có thể được sử dụng để đưa tàu vào không gian liên hành tinh. Và trên quỹ đạo gần Trái đất, chúng có thể kéo các vệ tinh thương mại đến gần bầu khí quyển, do đó tăng tuổi thọ của chúng.
Đây là hình dáng của một tàu kéo không gian chạy bằng năng lượng mặt trời với động cơ ion. (Hình ảnh của Boeing)
Những chiếc tàu kéo như vậy có thể đóng vai trò quyết định trong việc khám phá hệ mặt trời. Khi đạt đến điểm Lagrange, con tàu không còn bị ảnh hưởng bởi trọng lực và DSB có thể “kéo” các phương tiện một cách an toàn đến những khu vực xa xôi trong không gian.
Điều đáng chú ý là một trong những người tham gia cuộc thi, Northrop Grumman, đã tuyên bố bắt đầu công việc phát triển các nguồn năng lượng thay thế bên cạnh các tấm pin mặt trời hiện có. Ý tưởng mới do công ty đề xuất có thể mở rộng quy mô các hệ thống này lên tới công suất 300 kW, đây là một kết quả nổi bật.
Như vậy, những kết quả đầu tiên của việc động não tập thể có thể được mong đợi trong những tháng tới. Tuy nhiên, chúng ta có thể lưu ý những vấn đề chính mà các nhà phát triển sẽ phải giải quyết. Đầu tiên là việc tiêu tán năng lượng mặt trời vào không gian, đòi hỏi phải tạo ra những cục pin lớn. Và để duy trì khả năng di chuyển trong bóng tối của Trái đất, DSB sẽ cần bổ sung pin, điều này sẽ làm tăng thêm kích thước của toàn bộ bộ máy. Điều này đương nhiên sẽ dẫn đến những hạn chế về khả năng vận chuyển nhiều loại hàng hóa khác nhau với giá rẻ và nhanh chóng. Việc phóng một thiết bị như vậy bằng tên lửa thông thường sẽ khá tốn kém. Việc sử dụng các tấm pin mặt trời ngoài quỹ đạo của Sao Hỏa cũng gặp vấn đề vì cường độ bức xạ giảm.
Động cơ ion đã được sử dụng trong tàu vũ trụ trong một thời gian khá dài nhằm ổn định quỹ đạo và thực hiện các thao tác nhỏ. Nhiều tàu thăm dò nghiên cứu, bao gồm cả Hayabus, thậm chí còn sử dụng chúng làm tàu thăm dò hành quân. Tuy nhiên, hiện tại việc sử dụng động cơ ion chạy bằng năng lượng mặt trời cho xe tải là không thực tế. Đơn giản là chúng không có đủ năng lượng mặt trời để tạo ra lực đẩy cần thiết.
Nhân tiện, đây chính xác là điều đã buộc Hoa Kỳ và Liên Xô phải xem xét khả năng sử dụng lò phản ứng hạt nhân trong tàu vũ trụ. Liên Xô sụp đổ và Hoa Kỳ đã hủy bỏ dự án Prometheus vào năm 2005 do khó khăn tài chính. Đương nhiên, việc sản xuất những con tàu như vậy là điều cực kỳ không mong muốn, bởi vì bất kỳ sự cố nào trong khí quyển sẽ dẫn đến việc giải phóng chất phóng xạ. NASA đã dựa vào năng lượng mặt trời, điều đó có nghĩa là các nhà phát triển Mỹ có một số công việc khó khăn phải làm.
tin tức